ENIAC (1947) Tranzystor Emiter (n) Kolektor (n) Baza (p)

Transkrypt

1 TRANZYSTORY POLARN ZŁĄZOW iolar Juctio Trasistor - JT Trazystor Trazystor biolary to odowiedie ołączeie dwu złącz : miter () Kolektor () aza () udowa trazystora w techologii laarej: PRZYKŁAD STRKTRY TRANZYSTORA PLANARNGO NA (947) lam elektroowych masa: oad 7 to, owierzchia ok. 40 m "Nature abhors the vacuum tube." J.R. Pierce, ell Labs egieer who coied the term 'trasistor'

2 Działaie trazystora biolarego złączowego a) kład iesolaryzoway (brak wymuszoej olaryzacji zewętrzej) ariera otecjału a złączu - i a złączu - dziury z a ie rzeikają do a, rówowaga dyamicza rądów rekombiacji i geeracji otecjał Φ b) Zewętrze źródło olaryzacji układu - ( a otecjale ieustaloym zewętrzie) Naięcie odkłada się a zaorowo solaryzowaym złączu - Wysokość bariery otecjału a złączu - bez zmia. rak rzeływu rądu w obwodzie otecjał Φ - Φ Φ Działaie trazystora biolarego złączowego c) Złącze - solaryzowae w kieruku rzewodzeia aięciem ariera otecjału a złączu - maleje, Dziury z a dyfudują do bazy, Nastęie dziury dyfudują do a, Płyie rąd w gałęzi a (waruek: iewielka rekombiacja dziur w bazie) Naięcie określa wysokość bariery otecjału a złączu -, czyli oór między em i em Trazystor działa aalogiczie rzy odwrotej olaryzacji Kieruek rzeływu ośików rądu jest rzeciwy; ośikami rądu a są elektroy otecjał Φ TRANSSTOR TRANSfereable resstor. - - c.d. Φ- rąd a złącze - Procesy rekombiacyje: iewielka część dziur rekombiuje w bazie elektroy z bazy dyfudują do a, gdzie także rekombiują Wyływ rądu z bazy do zewętrzego źródła: rówoważy rocesy rekombiacyje rąd bazy złącze - rąd a Rozkład rądów w trazystorze biolarym rąd rekombiacji elektroów w ze rąd rekombiacji dziur w bazie Prąd a - dyfuzja dziur z a do bazy jeśli odowiedio cieka, większość dziur z a dociera do złącza - dziury wływające do a tworzą rąd a utrzymuje wysokość bariery otecjału - a odowiedim oziomie fekt trazystorowy zachodzi gdy: oba złącza mookrystalicze dioda (złącze) owa solaryzowaa w kieruku rzewodzeia dioda (złącze) owa solaryzowaa w kieruku zaorowym grubość bazy mała w orówaiu z długością drogi dyfuzji ośików większościowych z a ( << mm ) obszar a musi zawierać zaczie więcej ośików większościowych iż obszar bazy; rąd łyący od stroy a razy większy iż rąd od stroy bazy - - otecjał Φ - Φ

3 Zachodzi relacja: oraz rąd jest roorcjoaly do rądu Wsółczyik wzmocieia rądowego trazystora: β h zwykle β 00, o ile zewętrze źródła zezwalają WZMANAZ TRANZYSTOROW Wzmaciacz to układ elektroiczy, w którym eergia z układu zasilaia jest zamieiaa a eergię sygału wyjściowego 0.5 A ma harakterystyka rądowo-aięciowa trazystora Prąd a arasta β-razy szybciej iż rąd bazy Prąd a słabo zależy od aięcia - ( ). P Wrowadzeie rądu do bazy (wywołaie rzeływu rądu a) jest możliwe, gdy aięcie rzekroczy aięcie rzewodzeia złącza daego tyu (0.65 V dla krzemu, 0.35 V dla germau) Sygał wyjściowy jest fukcją sygału wejściowego WJŚ ZASLAN PROWADZN WSPÓLN JŚ Wzmaciacz trazystorowy secjaly, steroway dzielik aięcia zasilającego Jedym z rezystorów w tym dzieliku jest trazystor Trzy odstawowe układy wzmaciające z trazystorem biolarym: zasilaie W W WŁASNOŚ WZMANAZY Zakładamy kształt sygału wejściowego (sterującego): u W (t) W cos(ωt) W0 zasilaie W W W o wsólym ze o wsólym ze o wsólej bazie W o wsólym ze o wsólym ze o wsólej bazie e wysecjalizowae wzmaciacze: są modyfikacjami, ewetualie kombiacjami układów odstawowych. odkład stały W0 składowa zmiea harmoicza o amlitudzie W Sygał użyteczy (iosący iformację): składowa zmiea Zakładamy tę samą ostać aięcia wyjściowego i wejściowego tę samą ostać rądu wyjściowego i wejściowego czyli wzmaciacz racuje w zakresie liiowym 3

4 Przyomieie: β ( β ) Wzmaciacz o wsólym ze (wtórik owy) Wzmaciacz o wsólym ze: rąd wejściowy rąd bazy rąd wyjściowy rąd a > W β W - W W W < czyli: brak wzmocieia aięciowego duże wzmocieie rądowe * R L o wsólym ze rąd wejściowy rąd bazy rąd wyjściowy rąd a czyli W ( β ) o wsólym ze Dla dużego ooru rezystora astęuje a im duży sadek aięcia, a więc duże wzmocieie aięciowe duże wzmocieie mocy wzmocieie rądowe jest duże zgode fazy sygału wyjściowego i wejściowego zachodzi odwróceie fazy aięcia wyjściowego względem wejściowego Wzmaciacz o wsólej bazie: rąd wejściowy rąd a: W ( β ) PODSMOWAN rąd wyjściowy rąd a: β β wzmocieie rądowe: < W β brak wzmocieia rądowego o wsólej bazie rzy odowiedio dużym oorze rezystora moża uzyskać duże zmiay aięcia a wyjściu czyli możliwe duże wzmocieie aięciowe aięcie wyjściowe zgode w fazie z aięciem wejściowym N r Wzmaciacz o: WSPÓLNYM MTRZ WSPÓLNYM KOLKTORZ WSPÓLNJ AZ Wzmocieie aięciowe duże < duże Wzmocieie rądowe duże duże < 3 Przesuięcie fazowe W Pasmo rzeoszeia małe średie duże 4

5 ZNAZAN PNKT PRAY TRANZYSTORA. (ustalaie wejściowego rądu składowej stałej) efekt rostowaia jedoołówkowego dla sygałów siusoidalych, oieważ trazystor racuje liiowo tylko wtedy, gdy aięcie rzekroczy aięcie rzewodzeia daego tyu złącza (0.65 V) uzyskaie wzmaciaia eło-okresowego wymaga dodaia stałego odkładu (stały rąd bazy) do wzmaciaego sygału zmieego (zmieego rądu bazy) kład automatyczego dodawaia odkładu stałego jest układem olaryzacji (określeie uktu racy trazystora) Przykład: rąd olaryzacji bazy trazystora ze źródła zasilaia rzez oorik R b ustalający składową stałą a wejściu. Kodesatory i służą do odsearowaia odkładu stałego od wejścia i wyjścia wzmaciacza (srzężeie A). W W W W Rb czas czas układ wsóly STALAN OPTYMALNGO PNKT PRAY TRANZYSTORA graficza aaliza charakterystyk Hierbola mocy Schemat ostęowaia: P MAX. Przestrzeń uktów racy (, ), w jakich może zajdować się trazystor /R jest ograiczoa rzez hierbolę L maksymalej douszczalej cielej mocy strat trazystora, określoej w katalogu rzez roduceta: P MAX *. Trazystor racuje w układzie dzielika rosta obciążeia aięcia z rezystorem - rzestrzeń uktów racy ograicza się do rostej oisaej rówaiem: - * (tzw. rosta obciążeia) Naięcie zasilaia oraz oór dobieramy tak, by rosta obciążeia była stycza do hierboli mocy (lub W rzebiegała oiżej) Rb 3. Odczytujemy otymaly rąd stałego odkładu 0, wyzaczamy wartość oorika R b z r-ia : -0.65V 0 * R b W Rb R PNKT PRAY 0 układ wsóly Pasmo wzmocieia (rzeoszeia) wzmaciacza określoe jest rzez: własości trazystora (wielkości asożyticze) sosób wsółdziałaia trazystora z obwodem wzmaciacza odłączeia wejścia i wyjścia wzmaciacza Pasożyticze elemety trazystora rzeczywistego: rozroszoa rezystacja bazy r bb, ojemości - eb i - kb K PASMO WZMONNA PASMO PRZNOSZNA < > Skutek: wsółczyik wzmocieia rądowego trazystora maleje wraz ze wzrostem częstości rbb kb eb Pasmo wzmocieia trazystora jest ograiczoe rzez częstość graiczą f T: owyżej częstości f T wsółczyik wzmocieia rądowego β < K r bb i eb tworzą filtr górorzeustowy, który boczikuje złącze - zmiejszeie rądu sterującego trazystor rzy wysokich częstościach β 00 0, 0,0 częstość graicza trazystora : β(ft) częstość ft fekt Millera Srzężeie między em a bazą w ostaci filtra górorzeustowego tworzoego rzez: kb, r bb oraz rezystację źródła sygału R G ograiczeie asma rzeoszeia wzmaciacza w układzie o wsólym ze sygały wyjściowe i wejściowe są rzeciwe w fazie dla częstości graiczych wzmaciacza wzmocieie jest miejsze o w stosuku do wzmocieia maksymalego ujeme srzężeie zwrote wyjścia () z wejściem () W układzie o wsólym ze słaby wływ efektu Millera, gdyż trazystora jest ołączoy z iskorezystywym źródłem zasilaia W układzie o wsólej bazie ie ma oddziaływaia wyjścia wzmaciacza a wejście rzez ojemość kb, gdyż ma ustaloy otecjał. Pasmo rzeoszeia wzmaciacza określa się odobie jak asmo rzeoszeia filtra: wy we Pasmo rzeoszeia R G źródło sygału ωg kb r bb k0 k( ω) ω W / wzmaciacz MAX zęstość g 5

6 strukcja do ćwiczeia Trazystor biolary wzmaciacz trazystorowy zęść Naięcie z geeratora: sygał liiowo arastający od 0V do 5 V i częstości około 000 Hz (sygał trójkąty) zęść Zbudować wzmaciacz w układzie :wsóly : zasilić układu aięciem stałym 8 V zmierzyć za omocą woltomierza aięcie a dobrać wartość oorika regulowaego R by 4 V Zbudować obwód: otymaly ukt racy trazystora we wzmaciaczu W zmiey sygał sterujący bazą aięcie a ze Naięcie W : stałe aięcie z zasilacza regulowae w zakresie od 0 do 0 V mierzymy za omocą woltomierza Wyzaczeie charakterystyki amlitudowej wzmaciacza ( W ) Wejście układu: sygał siusoidaly o częstości około 000 Hz Mierzymy ( W ) w całym zakresie mierzalych amlitud wejściowych. Określamy zakres amlitud W, dla których wzmaciacz racuje liiowo. Dla tego zakresu wyzaczamy wzmocieie wzmaciacza k, doasowując do daych R L W 0.65V R wyzaczyć charakterystyki ( ); arametr: rąd bazy wykreślić rodzię charakterystyk trazystora. 0.5 A ma doświadczalych rostą tyu k * W Wyzaczeie charakterystyki częstościowej wzmaciacza: wzmocieie w fukcji częstości: k (ω) Amlitudę sygału wejściowego ależy dobierać tak, by w całym zakresie badaych częstości (0 Hz - MHz) sygał był rzetwarzay liiowo ANALZA TRANZYSTORY POLOW TRANZYSTORY POLOW ZŁĄZOW (Juctio Field ffect Trasistors) Wyzaczyć częstości graicze kład różiczkujący W ωg ω g Pojemość i rezystacja wejściowa wzmaciacza wzmocieie k -/ kmax wływ srzężeia wływ trazystora kład całkujący kład całkujący W ω g Pojemość i rezystacja wyjścia ωg asmo ωg częstość Filtr góro- dolo-rzeustowy: ωg R Rezystacja wejściowa (GAT SOR) trazystora sięga 0 9 Ω 6

7 TRANZYSTORY POLOW Z ZOLOWANĄ RAMKĄ solated Gate Field ffect Trasistors Metal Oxide Semicoductor Field ffect Trasistors (MOSFT) Oór bramki względem odłoża sięga Ω trazystory MOSFT w wersjach: wstęie otwarty lub wstęie zamkięty 7